This paper investigates the spectral norm version of the column subset selection problem. Given a matrix $\mathbf{A}\in\mathbb{R}^{n\times d}$ and a positive integer $k\leq\text{rank}(\mathbf{A})$, the objective is to select exactly $k$ columns of $\mathbf{A}$ that minimize the spectral norm of the residual matrix after projecting $\mathbf{A}$ onto the space spanned by the selected columns. We use the method of interlacing polynomials introduced by Marcus-Spielman-Srivastava to derive an asymptotically sharp upper bound on the minimal approximation error, and propose a deterministic polynomial-time algorithm that achieves this error bound (up to a computational error). Furthermore, we extend our result to a column partition problem in which the columns of $\mathbf{A}$ can be partitioned into $r\geq 2$ subsets such that $\mathbf{A}$ can be well approximated by subsets from various groups. We show that the machinery of interlacing polynomials also works in this context, and establish a connection between the relevant expected characteristic polynomials and the $r$-characteristic polynomials introduced by Ravichandran and Leake. As a consequence, we prove that the columns of a rank-$d$ matrix $\mathbf{A}\in\mathbb{R}^{n\times d}$ can be partitioned into $r$ subsets $S_1,\ldots S_r$, such that the column space of $\mathbf{A}$ can be well approximated by the span of the columns in the complement of $S_i$ for each $1\leq i\leq r$.


翻译:本文调查了列子子选择问题的光谱规范版本 。 根据 $\ mathbf{ A\\ mathb{ mathb{ R\\ nn\time d} 美元和正整数 $k\leq\ text{rank} (\ mathbf{ A} 美元, 目标是精确选择 $\ mathbf{ A} 美元 来将剩余矩阵的光谱规范最小化 。 我们使用由 Marcus- Spielman- Silvastava 引入的 基数 $ 的 基数 来计算 $\ 美元 的基数 。 我们将我们的结果扩展为列分配问题, 美元\ mathff{ A} 的 基数为 $ 美元 美元 。 由 美元\\ mathr\ mab 的 基数 值, 以 美元 美元 美元 的基数 和 美元 的基数 的基数 。</s>

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